Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schleifkörperhalter zum elektrischen Kontaktieren eines Rotors, insbesondere von einem Bürstenhalter für eine Kommutator- oder Schleifringmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Vorrichtung zur Kontaktierung von Lamellen eines Kommutators oder Kollektors eines Elektromotors (DE 197 50 038 Al) weist, auf diametralen Seiten des Kollektors angeordnet, jeweils eine gewölbte Blattfeder aus einem Materialstreifen, z.B. Federblech, auf, die mittig eine Kohlebürste trägt und endseitig an dem Träger befestigt ist. Der Träger ist von einem Lagerschild gebildet, in dem die den Kollektor und den Rotor des Elektromotors drehfest tragende Motorwelle gelagert ist. Am Lagerbolzen stehen vier Haltebolzen axial ab, in denen die Enden der beiden Blattfedern festgespannt sind. Jeweils ein Haltebolzen eines Bolzenpaars weist einen elektrischen Kontakt auf, der über eine elektrische Anschlusslitze mit der Kohlebürste verbunden ist. Die Kohlebürste trägt auf ihrer vom Kollektor abgekehrten Stirnseite einen hervorstehenden Zapfen, der eine in der Blattfeder mittig angeordnete Ausnehmung durchdringt. Die Blattfeder hat im Bereich der Aussparung zwei einander gegenüberstehende Biegelaschen, die zur Befestigung an der Kohlebürste dienen. Um eine Verkantung der Kohlebürsten im Betrieb des Elektromotors zu vermeiden, ist der Zapfen und die Aussparung mehrkantig ausgebildet.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schleifkörperhalter, insbesondere der erfindungsgemäße Bürstenhalter, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass nicht nur durch die beidseitige Einspannung der Blattfeder eine genaue Positionierung des Schleifkörpers auf dem Rotor und ein gleichmäßiger Lauf des Schleifkörpers in beiden Drehrichtungen des Rotors gewährleistet ist, sondern auch aufgrund der vorgenommenen Schwingungsentkopplung die Schwingungen des Schleifkörpers, zu denen der Schleifkörper durch Unrundheiten des Rotors, insbesondere durch die Lamellenteilung eines Kommutators angeregt wird, nicht auf den Träger und damit nicht auf das den Träger aufnehmende Gehäuse der Maschine übertragen und als störende Laufgeräusche abgestrahlt werden. Die Schwingungsabkopplung des Schleifkörpers wird in einfacher Weise durch eine abgestimmte Form- bzw. Geometriegestaltung der Blattfeder sowohl in Radialrichtung als auch in Tangential- oder Umfangsrichtung, jeweils bezogen auf den Rotor, erreicht. Durch die in den weiteren Ansprüche aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Schleifkörperhalters möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Blattfeder einen den Schleifkörper tragenden, gewölbten Blattrücken und endseitig am Blattrücken sich fortsetzende Federschenkel auf, die in Richtung des Blattrückens einerseits und in Richtung der Normalen des Blattrückens andererseits, bei montiertem Schleifkörperhalter also radial zum Rotor, nachgiebig ausgebildet sind.

Vorteilhaft sind dabei gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Blattrücken und die beiden Federschenkel einstückig aus einem gemeinsamen Materialstreifen gefertigt und die Federschenkel von abgebogenen Abschnitten des Materialstreifens gebildet, die zur Einstellung der Nachgiebigkeit mindestens teilweise mittig ausgespart sind. Diese Gestaltung der Federgeometrie lässt eine relativ feine Abstimmung der Federsteifigkeit der Blattfeder auf die am Schleifkörper auftretende Schwingungsfrequenz zu.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft ein an den Blattrücken sich anschließender, abgebogener oder abgewinkelter erster Abschnitt eines Federschenkels auf der vom Schleifkörper abgekehrten Rückseite des Blattrückens etwa rechtwinklig zum Blattrücken, ein vom ersten Abschnitt um etwa 90° abgebogener zweiter Abschnitt des Federschenkels etwa parallel zum Blattrücken, ein vom zweiten Abschnitt um etwa 90° zum Blattrücken hin abgebogener dritter Abschnitt parallel zum ersten Abschnitt und ein vom dritten Abschnitt um etwa 90° weg vom ersten - A -

Abschnitt abgebogener vierter Abschnitt etwa rechtwinklig zum ersten Abschnitt, wobei der vierte Abschnitt endseitig im Träger eingespannt ist. Durch diese Ausbildung der Federschenkel können auf engem Bauraum im Träger mehrere Blattfedern mit Schleifkörper untergebracht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind an den beiden vierten Abschnitten der Federschenkel jeweils eine Kontaktfahne zur Stromzuführung bzw. Stromabnahme befestigt, wobei die Befestigung durch Nieten, Löten oder Schweißen vorgenommen ist. Dies ist dann der Fall, wenn die Blattfeder selbst keine ausreichende Blechdicke aufweist, um den vierten Abschnitt der Federschenkel direkt als Kontakte verwenden zu können. Alternativ können die Kontaktfahnen auch einstückig mit den Federschenkeln hergestellt werden, indem die Schenkelenden durch mehrmaliges Falten und Aufeinanderlegen auf eine für einen Kontakt notwendige Dicke gebracht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Blattrücken der Blattfeder an seinen in Umfangsrichtung sich erstreckenden Längsseiten zum Schleifkörper hin vorstehende Abkantungen auf. Die Breite des Blattrückens ist so bemessen, dass der Schleifkörper zwischen den Abkantungen formschlüssig aufgenommen ist. Diese Abkantungen oder Umbördelungen des Blattrückens dienen einerseits zur Einstellung der radialen Steifigkeit der Blattfeder und andererseits zur definierten Weiterleitung der am Schleifkörper auftretenden Umfangskräfte an die Federschenkel. Dadurch wird eine Anstell- oder Verkantbewegung, die der Schleifkörper beim Rotieren des Rotors in Umfangsrichtung ausführt, minimiert und dadurch der Schleifkontakt zum Rotor verbessert. Zusätzlich sorgen die Abkantungen für eine Verdrehsicherung des Schleifkörpers um seine in Radialrichtung des Rotors weisende Hochachse.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Bürstenhalters für eine als Innenläufermaschine ausgebildete Kommutatormaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Blattfeder mit Schleifkörper des Bürstenhalters in Fig. 1,

Fig. 3 ausschnittweise eine vergrößerte Darstellung des Bürstenhalters in Fig. 1 bei fehlendem Kommutator,

Fig. 4 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 3 mit eingesetztem Kommutator.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel für einen Schleifkörperhalter zum elektrischen Kontaktieren eines Rotors ein Bürstenhalter für eine als Innenläufermaschine ausgebildeten Kommutatormaschine, Motor oder Generator, in Draufsicht dargestellt. Der Bürstenhalter weist einen ringförmigen Träger 11 auf, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist und im montierten Zustand konzentrisch einen auf der Rotor- oder Läuferwelle der Kommutatormaschine drehfest sitzenden Kommutator umschließt. Der Kommutator der Kommutatormaschine ist in Fig. 1 strichliniert angedeutet und in Fig. 4 ausschnittweise in Draufsicht dargestellt. Üblicherweise sind am Umfang des Kommutators 10 Kommutatorlamellen 101 ausgebildet, die durch schmale Nuten 102 voneinander elektrisch getrennt sind.

Der Bürstenhalter weist insgesamt vier Schleifkörper 12, auch Kommutator- oder Kohlebürsten genannt, auf, die um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt am Kommutator 10 angeordnet und mit ihrer nach innen weisenden Stirnseite auf den Kommutator 10 mit Federkraft aufgepresst sind. Jeder Schleifkörper 12 ist mittig an einer Blattfeder 13 befestigt, die endseitig im Träger 11 festgelegt ist und die radialgerichtete Anpresskraft zum Aufpressen des Schleifkörpers 12 auf den Kommutator 10 erzeugt. Dabei ist die Geometrie der Blattfeder 13 so gestaltet, dass eine Schwingungsentkopplung des Schleifkörpers 12 von dem Träger 11 besteht und dadurch die Schwingungen, die durch fertigungsbedingte Formungenauigkeiten des Kommutators 10 und insbesondere durch die Nutung des Kommutators 10 angeregt werden, nicht auf den Träger 11 und damit auf das Gehäuse der Kommutatormaschine übertragen und über das Gehäuse als störende Laufgeräusche hoher Frequenz abgestrahlt werden.

Die hierzu vorgenommene Geometriegestaltung der Blattfeder 13 ist insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen. Die Blattfeder 13 weist einen den Schleifkörper 12 mittig tragenden, gewölbten Blattrücken 14 und zwei endseitig am Blattrücken 14 sich links und rechts fortsetzende, identisch ausgebildete Federschenkel 15 auf, die in Längsrichtung des Blattrückens 14, also in Umfangrichtung des Kommutators 10, einerseits und in Richtung der Normalen des Blattrückens 14, also radial zum Kommutator 10, andererseits nachgiebig ausgebildet sind. Der Blattrücken 14 und die beiden Federschenkel 15 sind einstückig aus einem gemeinsamen Materialstreifen, vorzugsweise aus einem kupferlegierten Federblech, gefertigt. Die Federschenkel 15 sind dabei durch Abbiegen oder Abwinkein von Abschnitten 151 bis 154 des Materialstreifens gebildet. Die Abschnitte 151 - 154 sind zur Feineinstellung der Nachgiebigkeit der Federschenkel 15 mindestens teilweise mittig ausgespart. Das Abbiegen oder Abwinkein ist so vorgenommen, dass in jedem Federschenkel 15 ein an den Blattrücken 14 sich anschließender, um ca. 90° abgewinkelter oder abgebogener erster Abschnitt 151 von der vom Schleifkörper 12 abgekehrten Rückseite des Blattrückens 14 absteht, ein vom ersten Abschnitt um etwa 90° abgebogener zweiter Abschnitt 152 etwa parallel zum Blattrücken 14 verläuft, ein vom zweiten Abschnitt 152 um etwa 90° zum Blattrücken 14 hin abgebogener dritter Abschnitt 153 etwa parallel zum ersten Abschnitt 151 verläuft und ein vom dritten Abschnitt 153 um etwa 90° weg vom ersten Abschnitt abgebogener vierter Abschnitt 154 etwa rechtwinklig zum ersten Abschnitt 151 verläuft. Die Winkelangabe für die Abwinkelungen der Abschnitte 151 - 154 trifft nur für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel zu. Selbstverständlich ist es möglich, andere Winkelwerte für die Abwinkelungen zu wählen. Die zur Feinabstimmung der Federsteifigkeit in den Federschenkeln 15 vorhandene Aussparung 16 durchläuft den ersten Abschnitt 151, den zweiten Abschnitt 152 und den dritten Abschnitt 153 des Federschenkels 15 und reicht teilweise in den vierten Abschnitt 154 des Federschenkels 15 hinein. Das daran sich anschließende, nicht ausgesparte Ende des vierten Abschnitts 154 der Federschenkel 15 ist am Träger 11 festgelegt. Hierzu weist der ringförmige Träger 11 vier im gleichen Abstand voneinander am Umfang versetzte Paare von Axialschlitzen 16 auf, wobei die Axialschlitze 16 eines jeden Paars symmetrisch zu einer radialen Symmetrieachse angeordnet sind und die Symmetrieachsen der Paare um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt sind. In jedem Axialschlitz 16 eines Paars ist eine Blattfeder 13 mit dem Ende des vierten Abschnitts 154 der beiden Federschenkel 15 formschlüssig eingeklemmt.

Die elektrische Kontaktierung der Schleifkörper 12 erfolgt über die Blattfedern 13, wobei die hier nicht gezeigten Anschlusslitzen an Kontaktfahnen 17 angeschlossen sind. Jeweils eine Kontaktfahne 17 ist an dem Ende des vierten Abschnitts 154 der Federschenkeln 15 befestigt, z.B. angenietet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, oder angelötet oder angeschweißt. Die Kontaktfahnen 17 sind zusammen mit den Enden der vierten Abschnitte 154 der Federschenkel 15 in den Axialschlitzen 16 im Träger 11 eingeklemmt. Die Kontaktfahnen 17 können entfallen, wenn die Blattfeder 13 eine ausreichende Blattdicke aufweist und dadurch als direkter Kontakt für die Anschlusslitzen oder als direkter Steckerkontakt für die Steckeranbindung verwendet werden kann. Auch kann eine Kontaktfahne oder ein Steckerkontakt mit der erforderlichen Dicke durch mehrmaliges Falten und Aufeinanderlegen der Schenkelenden der Federschenkel 15 gebildet werden. Der Blattrücken 14 ist an seinen in Umfangsrichtung des Kommutators 10 sich erstreckenden Längsseiten mit Abkantungen 18 versehen, die vom Blattrücken 14 auf der den Schleifkörper 12 tragenden Vorderseite des Blattrückens 14 rechtwinklig zum Blattrücken 14 vorstehen. Die Breite des Blattrückens 14 in Axialrichtung ist so bemessen, dass der Schleifkörper 12 zwischen den einander gegenüberliegenden Abkantungen 18 formschlüssig aufgenommen ist, wodurch ein Verdrehen des Schleifkörpers 12 relativ zum Blattrücken 14 verhindert ist. Der Schleifkörper 12 ist am Blattrücken befestigt, wobei die Befestigung in verschiedener Weise vorgenommen werden kann, z.B. durch Kleben, Löten und dgl. Im Ausführungsbeispiel trägt der Schleifkörper 12 auf seiner vom Kommutator 10 abgekehrten Stirnseite einen Zapfen 19, der durch eine Aussparung 20 im Blattrücken 14 hindurchragt und auf der Rückseite des Blattrückens 14 am Blattrücken 14 in geeigneter Weise verspannt, z.B. vernietet ist (Fig. 1, 3 und 4).

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hat der Blattrücken 14 bei in dem Träger 11 eingespannten Blattfeder 13 eine relativ flache Wölbung. Diese Wölbung wird durch Einschieben des Kommutators 10 in das Innere des Bürstenhalters, was ein radiales Verschieben der Schleifkörper 12 nach außen bewirkt, stark vergrößert, wodurch die Blattfeder 13 vorgespannt wird und der Blattrücken 14 im wesentlichen konzentrisch zu einem Abschnitt des Kommutators 10 verläuft, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Der beispielhaft als Bürstenhalter für eine Kommutatormaschine beschriebene Schleifkörperhalter zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu einem Rotor, im Ausführungsbeispiel zum Kommutator 10, ist auch bei sog. Schleifringmaschinen, z.B. Synchronmaschinen mit Schleifringläufern, einsetzbar. In diesem Fall liegen die Schleifbürsten genannten Schleifkörper auf den Schleifringen auf, die drehfest auf der Antriebswelle des Rotors sitzen und die Erregerwicklung mit Erregerstrom versorgen. Darüber hinaus kann der beschriebene Schleifkörperhalter überall dort Anwendung finden, wo ein elektrischer Berührungskontakt zwischen einem räumlich feststehenden, stromführenden Bauteil und einem dazu rotierenden, stromführenden Bauteil hergestellt werden soll. Selbstverständlich kann die Anzahl der Schleifkörper mit Blattfeder mehr oder weniger als vier betragen.